[发明专利]用于物质和热量传递的装置

说明书

技术领域

此项发明专利是有关于用于混合，分离，以及/或者将一种流体或气体引入另一种流体或气体的膜。更具体一些说，此项发明专利是有关于将流体蒸汽与气体(例如空气)混合但又防止流体液滴进入空气的设备和方法。

背景技术

为了有控制地混合多种液体或是一种液体和一种气体，多孔膜经常被做为气体和液体隔离接触面来使用。膜两边所存在的单一方向的压力差决定着流体流过膜时的流动方向。同时，膜本身的特性也影响着流体从膜的一侧流向另一侧。

图2是有关于此项专利发明之前的一种增湿器(标记如30)。增湿器30包含一个容器32。容器32有一层亲水性的微孔膜34将其隔成36和38两室。一种流体(例如水)从入口40引入室36，然后从出口42导出。另一种流体(例如空气)从另一个入口46引入室38，然后从出口44导出。这两种流体可以是同向或是逆向流动。

因为微孔膜34有亲水性，膜上的许多微孔201会充斥着水。为了防止水进入气室38，必须让气室38维持着比室36更高的压力。如果这样的压力差不维持着，水滴会进入气室38并弥漫在空气中。这种现象是不希望被看到的尤其当此设备用于呼吸道治疗用途时。那是因为在此用途中，水滴最好不要进入病人的肺部。

图3是有关于此项发明之前的另一种增湿器50增湿器50包含一个容器52。容器52有一层疏水性的膜54将其隔成56和58两室。一种流体(例如水)从入口60引入室56，然后从出口62导出。另一种流体(例如空气)从另一个入口64引入室58，然后从出口66导出。由于膜56的非亲水特性，膜的微孔202上充满着空气。为了防止空气进入水室56，水室56要维持比气室58高的压力。由于膜本身有限的特性，这样的压力差要一直监控着并维持着，要不然空气会进入水室，这并不是我们希望看到的。

当代的用于呼吸道治疗运用的气体增湿器是一个有亲水特性的中空纤维膜组件。这个中空纤维膜组件必须通过敏感且有效地维持压力差来防止水滴进入气流并随着气流进入患者的肺部。一直存在的一个问题是当设备闲置的时候，水滴会进入空气侧。所以最好能发明一种增湿器，无论有没有压力差存在于膜两侧或是不管仪器是不是在运作，水滴都不会透过膜进入空气。

发明内容

本发明便是针对现有技术的不足而发明的不受压力差和设备操作状态(闲置或运作)影响的新型增湿与传质传热方法与设备。此项发明的详细阐述如下。

一方面来说，此发明专利是关于一种用于物质和热量传递的膜装置或组件，在此膜装置中有一个容器，容器中内置的膜将其隔成两室。此膜的一侧具有亲水特性，而膜的另一侧具有非亲水特性。由于膜两侧相反的表面特性，导入一室的流体并不会透过膜进入另一室。

另一方面，此发明是关于膜本身的发明。膜可以是复合膜，或是由两层或是多层薄膜迭合组成，而每一层薄膜可有其自己的特性，例如亲水，疏水，亲油或是疏油。膜装置的结构可以是平板膜，折叠膜状，多管式或蜂窝状，板框式，或是卷式。

这个膜装置可以用于呼吸道疾病治疗的空气增湿和加热，气体吸收，特殊成分从气体到液体的选择性转移或是从液体到气体的选择性转移，液体提纯，膜精馏过程，固定的液体膜系统或是流动式液体膜系统。

附图说明

图1是本发明膜装置的一种设计结构和其复合膜的局部图。

图1A是本发明膜装置的另一种设计和其整合膜的局部图。

图2是当前的含有亲水性膜的膜装置的局部图。

图3是当前的含有非亲水性膜的膜装置的局部图。

图4显示本发明膜装置的折叠型结构。

图5显示本发明膜装置叠加型示意图。

图6是本发明膜装置的中空纤维管或是管型膜的一个局部图。

图7是本发明膜装置板框式的一个局部示意图。

图8是本发明膜装置折叠式膜的一个侧面示意图。

图9是本发明膜装置折叠式膜的一个端面示意部图。

图10是本发明含有折叠式膜的圆柱形膜装置的侧面图。

图11是本发明卷式膜的局部图。

具体实施方式

在图1中，传质和传热膜装置10含有一个容器12。容器12中含有空间且含有相互紧贴在一起的亲水性膜14和疏水性膜16。亲水性膜一侧表面和疏水性膜的一侧表面相接触而形成迭合膜，并将容器12分隔成两个密闭的室。每一室都有其自己的出口和入口。这样的构造使得迭合膜具有一侧亲水而另一侧疏水的特性。

朝向膜14一边的分隔室22含有与其相通的流体入口18和流体出口26。朝向膜16一边的分隔室24有与其相通的流体入口20和流体出口28。